2020年5月上旬粤东异常高温过程分析

2021-08-31王洁瑜陈映强刘泳涛

广东气象 2021年4期

王洁瑜，陈映强，刘泳涛

（普宁市气象局，广东普宁 515300）

高温天气（日最高气温≥3 5℃）是灾害性天气之一，近年来在全球气候变暖的背景下，高温热浪事件频发，IPCC第五次报告指出20世纪50年代以来全球陆地上极端最高气温明显上升，亚洲大部分地区的高温热浪事件频次增加［1］。持续高温天气会引起大面积的干旱，造成城市供电供水以及农业用水日趋紧张［2］；同时高温热浪是对人体健康影响最大的气象事件之一［3］。目前高温天气已引起政府部门和公众的极大关注，中国气象局也将其列入《国家气象灾害应急预案》中，以提高对高温热浪天气防范和处置能力。

近年来对极端高温事件的研究已有很多［4－7］，王国复等［8］指出我国单次区域性高温过程最大影响范围呈极明显的增加趋势；杜尧东［9］的研究指出1961—2009年49年来广东平均高温日数呈明显增长趋势，呈2～3和4～6年的显著周期；林良勋等［2］指出影响广东高温天气的系统主要是副热带高压（以下简称副高）和热带气旋系统；彭京备等［10］指出西太平洋副高西伸、北抬以及异常维持是南方地区罕见极端高温天气发生的直接原因；张芳华等［11］的统计分析结果显示：春末南方高温日数与该地区上空位势高度、西侧经向风及上空对流活动均有显著关系；林汇丰等［12－13］指出南亚高压和副高的长时间控制，以及对流层低层弱的西南风场和辐散场有利于高温炎热天气的产生。2020年5月上旬粤东地区出现了范围大、极端高温明显、持续天数长的异常高温天气过程，有多个站点日最高气温突破5月份历史极值。本研究针对该次过程进行天气形势分析和成因探讨，以期为今后类似高温天气过程的预报服务提供参考。

1 资料

本研究所用数据有1981—2010年以及2020年的NCEP／NCAR再分析资料，包括位势高度、温度、气压、垂直速度、散度、地表感热通量和地表潜热通量等，空间分辨率为2.5°×2.5°；粤东20个国家观测站2020年5月1—10日逐日最高气温。

2 5月上旬高温过程特征

2020年5月上旬粤西、粤北、粤东均出现了不同程度的高温天气，其中粤东（梅州、潮州、汕头、揭阳、汕尾5市）高温炎热天气更为显著，具有高温范围大、极端高温明显、持续天数多的特点（图1）。5月上旬粤东有超过70%的站点出现过高温天气，其中5月3—6日大埔、五华、揭西、丰顺、潮州、揭阳、普宁等7个站点出现了连续4 d的高温天气；10日有10个站点（潮州37.1℃、饶平36.6℃、普宁38℃、汕头36.7℃、潮阳37℃、澄海35.7℃、南澳34℃、海丰33.8℃、汕尾32.8℃、陆丰34.8℃）的日最高气温突破5月上旬历史极值。5月上旬粤东地区日最高气温极大值为38℃，较常年偏高4.2℃。该次高温过程中普宁尤为明显，出现了连续8 d（3～10日）的高温天气，打破普宁5月上旬高温天气持续时长历史记录，且有3、6、10日分别以37、37.1、38℃的日最高气温位居全省第1。

图1 2020年5月上旬粤东国家气象观测站高温日数

3 过程成因分析

3.1 南亚高压及副高强度偏强为下沉运动的发生提供有利形势场

从气候态来看，2020年5月上旬南亚高压中心大致位于中南半岛北部18°N，100°E附近，中心最高位势高度约1 666 dagpm，广东地区被1 662 dagpm线包围。分析2020年5月上旬100 hPa平均高度场及异常场（图2a）可见，南亚高压强度较常年异常偏强，1 670 dagpm线基本控制整个广东地区，导致其向下输送的负涡度偏强。该次高温过程南亚高压中心位于115°E附近，较常年异常偏东15个经度左右，陶诗言等［14］指出，南亚高压与西太平洋副高有“相向而行、相背而去”的特点，南亚高压位置异常偏东会导致500 hPa上西太平洋副高异常西伸，这对高温天气的发生非常有利。

从2020年5月上旬500 hPa的平均高度场以及异常场（图2b）可以看出，副高势力强、范围大，呈带状分布，广东上空均为正距平场，约高出5个位势高度，588 dagpm线已至广东北部，且590 dagpm已逼近广东南部沿海地区，粤东地区受副高主体控制。根据国家气候中心监测数据显示，2020年5月份西太平洋副高脊线较同期平均气候态略微偏北，面积指数以及强度为5月份历史最大值，分析5月上旬500 hPa的日变化形势发现（图略），这段时间副高稳定控制了广东大部分地区，中高纬度环流较为平直，没有明显的低压槽东移，这说明此时间段冷空气难以南下影响广东。副高长时间控制下易产生下沉气流，有明显的增温作用，同时下沉气流使得整层大气更为稳定，利于炎热晴朗少云天气的维持。

图2 2020年5月上旬100 hPa（a）和500 hPa（b）流场（流线）以及高度异常场（填色）

从2020年5月上旬粤东地区（115°E—117°E，22°N—25°N）垂直速度的垂直－时间剖面图（图3a）来看，低层925 hPa、高层300 hPa多为正值，表明此段时间粤东存在明显的下沉气流。结合逐日区域水平散度剖面图可知（图3b），5月上旬粤东大体上有低层为正散度场、高层为负散度场（辐合）的特点，高层辐合不利于对低层产生抽吸作用，抑制了对流的产生，明显有利于高温天气的维持。因此，在上述环流形势下粤东地区出现较强的下沉气流，下沉气流对空气的绝热压缩会导致地面出现异常增温，是高温天气过程出现的主要原因，而高层辐散低层辐合的辐散场更加抑制对流发生，增强整层大气的稳定度，有利于高温天气维持。

图3 2020年5月上旬粤东垂直速度（a）和水平散度（b）的垂直－时间剖面图

3.2 对流层低层暖平流输送和地面弱风速利于高温天气维持

根据5月上旬1 000 hPa的温度平流场（图4），可以看出粤东上空1 000 hPa气温较高，平均温度约29℃，比常年偏高4℃左右，中南半岛至北部湾一带是一个暖中心，其气温高于周边地区的气温，且可看出粤东地区低层存在暖平流，这直接促使粤东地区低层大气增温。

图4 2020年5月上旬1 000 hPa温度（等值线，单位：℃）和温度平流（阴影区）

从高温时段的平均海平面气压场（图略）上来看，粤东大致处于均压场的控制中，地面等压线稀疏，风力较小，致使热量不易散发。因此，对流层低层暖平流的不断输送和地面弱扩散条件，导致粤东上空大气热量不断补充和聚集，从而使得高温天气长时间维持。

3.3 非绝热加热的影响

影响温度变化的非绝热因子主要表现为辐射、感热和潜热。对于近地面大气来说，下垫面吸收太阳辐射后，经过湍流和对流以感热、潜热形式传输给大气的部分是近地面大气热能的重要来源。图5为5月上旬地表感热通量和潜热通量异常场，可以看出2020年5月上旬粤东地区地表感热通量较常年偏高，而地表潜热通量较常年偏低，这说明5月上旬地表热力状况较常年更利于近地面大气增温。